油气管道阴极保护2013/3/81一、 油气管道阴极保护的环境 油气管道、特别是长输管道所选用的管材常为碳素钢或合金钢。管
材即为金属性，在自然界中，金属都会随着时间的流逝而变质，其本质就是金属由元素状态返回自然状态。埋地金属管道通常遭受着土壤、海水、细
菌及杂散电流等各种因素造成的腐蚀，腐蚀是一种自然现象；通俗地说，腐蚀就是金属管道和周围介质发生化学或电化学作用而导致的2013/3
/82无谓消耗或破坏。腐蚀破坏的过程和速度比较缓慢，但是危害较大，由腐蚀造成的损失也大的惊人，所以，防止金属腐蚀是管道保护过程中要
解决的主要问题。2013/3/83三、阴极保护原理金属在电解质溶液中，由于表面存在电化学不均匀性，会形成无数的腐蚀原电池。这种腐蚀
电池的阳极区发生腐蚀，不断输出电子，同时金属离子溶入电解质中。阴极区发生阴极反应，视电解液和环境条件的不同，在阴极表面析出氢气或接
受正离子的沉积，但金属本身却不发生腐蚀。因此，如果我们给金属通以阴极电流，使金属表面全部处于阴极状态，就可以抑制表面上阳极区金属的
电子释放，从根本上防止腐蚀发生。2013/3/842013/3/85 双电极原电池模型
用金属导线将管道连接到直流电源的负极，将辅助阳极接到电源的正极，从图中可以看出，管道实施阴极保护时，有外加电流流入管道表面。
2013/3/86 当外加的电子来不及与电解质溶液中的某些物质起作用时，就会在金属表面积
聚起来，导致阴极表面金属电极电位方向向负方面移动，即产生阴极极化。这时，微阳极区金属释放电子的能力受到阻碍。施加的电流越大，电子积
聚就会愈多，金属表面的电极电位就会愈负，微阳极区释放电子的能力就愈弱。微阳极区释放电子的能力越弱，说明腐蚀电池两极间的电位差在减小
。如果继续施加电流，继续降低腐蚀电池两端电极的电位差，2013/3/87就会出现阳极电流等于零的局面。也就是说，继续施加电流，可以
使腐蚀电池两端电极电位相等，阴阳极达到等电位。腐蚀原电池的腐蚀作用就会在两极电位相等的情况下被迫中止。此时，外加电流IP等于 阴
极电流IC,电流不再继续流动。腐蚀电流为零，金属就会得到完全保护。这就是阴极保护的基本原理。2013/3/88外加电流阴极保护利用
外部直流电源取得阴极极化电流来防止 金属遭受腐蚀的方法，称为外加电流阴极保护。此时，被保护的金属接在直流电源的负极上，电源的正
极接辅助阳极。当合上开关，接通电路后，直流电源便给被保护金属2013/3/89施加阴极极化电流，使金属表面阴极极化。当外加电流大于
腐蚀电流时，则进入金属的电子速度大于金属失去电子的速度。此时金属表面积累了过剩电子++++金属的电极电位向负的方向偏移。当金属的电
位降到一定负值，金属腐蚀电池阴阳两极的电极电位相等或更负时，被保护的金属停止了腐蚀。这就是外加电流阴极保护的原理。 实现这一保
护的电路：电流由电源正极流出，经导线与辅助阳极连接，电流经辅助阳极散流入电解液中，再流到被保护的金属上，又通过汇流导线流回电源负极
。 整个回路主要电阻是阳极至电解液和被保护金属与电解液接触电阻。2013/3/810牺牲阳极保护采用比被保护金属更负的金属材料
和被保护金属连接，防止金属腐蚀，这种方法叫做牺牲阳极保护法。与被保护金属链接的材料，由于它有更负的电极电位，在输出电流过程中，自身
不断溶解而遭受腐蚀，所以将这种用于保护其它金属的金属材料称为牺牲阳极。2013/3/811牺牲阳极的材料性能要求牺牲阳极实质上是应
用了不同金属间腐蚀电池的工作原理。当钢铁管道与电极电位更负的金属进行电气连接，两者同处于同一的电解液中（如土壤），电位更负的金属作
为阳2013/3/812极在腐蚀过程中释放出电流，钢铁管道作为阴极，接受电流并阴极极化。因此牺牲阳极必须满足以下要求：阳极材料要有
足够负的电位（驱动电位大），可供应充分的电子，使被保护管道阴极极化。阳极极化率小，活化诱导期短，在长期放电过程中能保持表面的活性，
使电流输出稳定。单位总量消耗所提供的电量较多，单位面积输出电流较大，自腐蚀小，电流效率高。2013/3/813 阳极溶解均匀，腐蚀
产物松软易脱落，不粘附在阳极表面，不形成高电阻硬壳。价格低廉，材料来源充足，制造工艺简单，无公害，生产、施工方便。2013/3/8
14最小保护电位为使腐蚀过程停止，金属经阴极极化后所必须达到的绝对值最小的负电位值，称之为最小保护电位。最小保护电位也与金属的种类
、腐蚀介质的组成、温度、浓度等有关。最小保护电位值常常是用来判断阴极保护是否充分的基准。因此此电位值是监控阴极保护的重要参数。实验
测定 在土壤中的最小保护电位为－0.85V（相对饱和硫酸铜参比电极）。2013/3/815 最大保护电位 在阴极保护中，
所允许施加的阴极极化的绝对值最大值，在此电位下管道的防腐层不受到破坏。此电位值就是最大保护电位。 最大保护电位值的大小通过试
验确定。一般取－1.5V（CSE）自然电位 未施加阴极保护电流的管道腐蚀电位就是自然电位一般取0.4V—0.7V （CSE）2
013/3/816阴极保护参数测量方法2013/3/817埋地管道管地电位是腐蚀防护——阴极保护技术中一个重要参数，无论管道腐蚀态
势、保护状况，都可根据测得的管地电位进行分析、判断，是直接、明确、唯一进行管道保护情况分析、判断的依据。管地电位是管道保护电位。我
们知道，没有强制电流保护的管道，管地电位负的地方表示管道处于金属活性强的区域，有阳极区存在，腐蚀性较强；有强制性电流保2013/3
/818护的管道，阴极保护管地电位较正的地方表示阴极保护较弱，防腐涂层可能有破损，如果管地电位在－850mV以下（绝对值），意味着
管道存在被腐蚀危险。2013/3/819（1）高输入阻抗数字万用表一台；（2）饱和硫酸铜参比电极一支；（3）小包装固态硫酸铜一袋；
（4）小型锉刀一把；（5）中号扁口螺丝刀一把；（6）测试桩门钥匙一把；（7）万用表备用表笔一副、电池一块；纯净水一瓶；（8）测试记
录表、笔； （9）装满水的水瓶或水壶一个。2013/3/820管道保护电位测量前要准备下列工具1、携带的饱和硫酸铜参比电极内溶液液
位是否在铜电极的2/3以上，硫酸铜溶液中是否有硫酸铜结晶体。如果参比电极的液位低于铜电极的2/3，要适量加注纯净水，并轻轻摇动参比
电极，直至溶液均匀；摇动后的均匀溶液中如果没有硫酸铜结晶体，尚需向溶液中添加一定量的晶体硫酸铜，以保证溶液处于饱和状态。2013/
3/821 测试前的检查工作2013/3/8222、检查饱和硫酸铜参比电极的连接线，连接点是否存在松动、锈蚀、折断情况，及时拧紧连
接线，清除连接点的铜锈或更换连接线；以减少连接点的接触电阻，保证测试数据的准确。3、要保证便携式饱和硫酸铜参比电极底部软木塞有良好
的渗透性，测试前应将其放入水中浸泡一段时间，保持其渗而不漏状态。 4、检查数字万用表的表笔，是否有接触不良、断线情况，并及时更换。
5、数字万用表电池电量是否充足，电池电量不充足要及时更换电池。 2013/3/8232013/3/824管道保护电位测量接线示意
图2013/3/825 地表参比法地表参比法主要用于管道保护电位、牺牲阳极开路电位和管道自然电位等参数测试。用于管道保护电位测试的
地表参比法接线示意图如下：＜1m1、在管道测试桩附近的1m范围内，选择地表相对潮湿的土壤插入参比电极。2、插入土中的参比电极应垂直
地面、稳定、可靠地与土壤接触，底部不能垫有草叶或草根。遇有干燥土壤时，应用携带的淡水润湿其周边的土壤，使参比电极与土壤保持良好接触
。以防止因接触不好影响读数的准确性。2013/3/826管道保护电位测量步骤3、将万用表的红表笔插入电压、电阻测试（V.Ω）孔内，
将黑表笔插入万用表的（COM）孔（公共端）。将万用表的旋转开关旋转到直流、量程为2V的档位。4、用红表笔与测试桩的接线柱触接，黑表笔与参比电极连接线连接。2013/3/8272013/3/8282013/3/8295、待万用表显示的数据稳定10s-30s后，就是测得的管地电位，在没有外界干扰的情况下，管地电位是负值 。6、读取数据，在测试记录上做好记录，注明该电位值的测试桩号、测试地点、时间及测试值。2013/3/830 谢 谢！2013/3/831 |
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